JPH03285355A - 固体撮像素子およびその製造方法 - Google Patents

固体撮像素子およびその製造方法

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JPH03285355A
JPH03285355A JP2087954A JP8795490A JPH03285355A JP H03285355 A JPH03285355 A JP H03285355A JP 2087954 A JP2087954 A JP 2087954A JP 8795490 A JP8795490 A JP 8795490A JP H03285355 A JPH03285355 A JP H03285355A
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JP
Japan
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region
type region
photodiode
type
forming
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Pending
Application number
JP2087954A
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English (en)
Inventor
Hiroyuki Okada
裕幸 岡田
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Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electronics Corp
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、埋め込みフォトダイオード部を有する固体撮
像素子およびその製造方法に関する。
従来の技術 ビデオカメラや電子カメラなどの撮像素子として、フォ
トダイオードとCCDを組み合わせて形成したCCD撮
像素子が多用されている。充電変換部であるフォトダイ
オードは、シリコン基板表面の界面準位や結晶欠陥など
からの暗電流を減少させるために、フォトダイオード表
面に空乏層が到達しないように高濃度のn型領域を形成
している。通常、この構造のフォトダイオードを埋め込
みフォトダイオードと呼び、暗電流の少ないクリアーな
画像が得られるために、多くの固体撮像素子に採用され
ている。
以下、その構成について第2図(a)〜(C)を参照し
ながら説明する。同図(a)に示すように、まずD型シ
リコン基板11上にp型ウェル領域12を形成した後、
フォトダイオード部となるn型領域13を形成する。
つぎにスミア対策としてn型領域14CC0部としてn
型領域15、CCD部およびフォトダイオード部等の各
素子間を電気的に分離するための素子分離領域16を形
成する。その後、ゲート酸化膜17.ゲート電極18を
形成した後、同図(b)に示すように全面に絶縁膜19
を被覆し、その後同図(C)に示すようにフォトダイオ
ード部の表面に空乏層が到達しないように高濃度のn型
領域20を形成している。
このように、フォトダイオード部の電荷(電子)蓄積領
域であるn型領域13の内、ゲート電極18で覆われて
いない領域全面をイオン注入法で周囲のゲート電極18
をマスクとしてセルファラインでp型不純物をドープし
ている。
発明が解決しようとする課題 このような従来の固体撮像素子では、ゲート電極18を
マスクとして、n型領域20を形成しているので、フォ
トダイオード部の表面に形成されたn型領域20が素子
分離領域16と接触してしまう。従って、フォトダイオ
ード部表面のp領域10は電気的に素子分離領域16の
電位(通常は接地)と同等になる。従って、信号電荷の
読み出し、蓄積動作を行なう度にフォトダイオードの電
位が振動し、それにつれて、フォトダイオードのn型領
域13と表面n型領域20の接合部に形成される空乏層
の幅が変動する。暗電流の原因となる結晶欠陥は、半導
体基板表面に多いので表面n型領域20の空乏層の幅が
変化すると、そのn型領域20中の結晶欠陥を発生中心
とする暗電流が増加し、また撮像素子内での暗電流にば
らつきが生じる。これを避けるためには、空乏層の幅を
小さくするか、空乏層が結晶欠陥の多い表面層に到達し
ないようにn型領域20の濃度を濃(するか、接合深さ
を深くシなければならない。濃度を濃くするには、イオ
ン注入のドーズ量を増やさなければならず、これは逆に
イオン注入による結晶欠陥を増大させて、暗電流の増大
をまねく。接合深さを深くすると、相対的にフォトダイ
オードのn型領域13の総不純物濃度が減少し飽和特性
が劣化する。これを避けるためにn型領域13の不純物
濃度を増すと、イオン注入による結晶欠陥の増大を招く
課題を解決するための手段 本発明は上記目的を達成するために、 シリコン基板上
にフォトダイオード部とCCD部とを形成した固体撮像
素子において、フォトダイオード部がシリコン基板上に
形成されたp型ウェル領域と、そのp型ウェル領域の表
面に形成された埋め込みフォトダイオード用のn型領域
と、その埋め込みフォトダイオード用のn型領域の表面
にそのn型領域の周辺部を除いて形成された電気的にフ
ローティング状態にあるn型領域と、埋め込みフォトダ
イオード用のn型領域の周囲に形成された素子分離領域
とからなる構成による。
作用 本発明は上記した構成により、埋め込みフォトダイオー
ド用のn型領域表面に、そのn型領域の周辺部を除いて
、電気的にフローティングな状態でn型領域が設けられ
ているので、素子分離frJ、域とは前述のn型領域に
よって絶縁され、フォトダイオード用のn型領域に蓄積
された信号電荷をCCD部に読み出す前後で3〜7v、
基板側へ信号を吐き出す電子シャッターモードで使用す
る場合は、15〜40Vもフォトダイオード用のn型領
域の内部ポテンシャルが変動しても、表面のn型領域と
フォトダイオード用のn領域との間の電位差はpn接合
のビルトインポテンシャルで一定となる。したがってど
のような動作状態でも表面のn型領域の空乏層の幅は小
さいままで一定である。
実施例 以下、本発明の一実施例について第1図を参照しながら
、第2図の従来例と同一部分については同一番号を付し
て説明を省略し、本発明の特徴とする部分について説明
する。すなわち同図(a)、 (b)は第2図(a)、
 (b)と全(同一で、第1図(b)に示すように絶縁
膜19を形成した後、同図(C)に示すようにフォトレ
ジストもしくはCVD法で600nmの厚さでシリコン
酸化膜1を形成し、同図(d)に示すように、リアクテ
ィブイオンエツチングにより、平坦部に堆積したシリコ
ン酸化膜lを除去し、フォトダイオード周囲の段差部に
側壁絶縁膜1aを残し、イオン注入を行わない周辺回路
の領域をフォトレジストで被覆して、同図(e)に示す
ように、ボロン等のp型不純物をイオン注入して表面n
型領域2を形成する。側壁段差部に形成したCVDシリ
コン酸化膜からなる側壁絶縁膜1aがイオン注入のマス
クとなって、側壁絶縁1111 aの下部の領域にはp
型不純物は注入されず、n型領域13が表面に残る。n
型領域2の不純物濃度は1018〜1019/cj、n
型領域13の不純物濃度は1016〜1.0”/cjで
あるから、ビルトインポテンシャルで、n型領域2に広
がる空乏層の幅は、0,1μm以下である。またシリコ
ン基板表面に形成される高密度の結晶欠陥は、表面から
の深さが0.1μm以下の浅い領域にあるので、n型領
域2を形成するためのイオン注入のエネルギーとドーズ
量、アニールの熱処理は、深さが0.2μm程度になる
ように設定している。このn型領域2は、後工程の熱処
理を経ても、拡散構法がりは0.2μm以下であるから
、周囲の素子分離領域16とは電気的に絶縁され、フロ
ーイング状態であるので、n型領域2に広がる空乏層の
幅も0.1μm以下になり、従ってn型領域2の表面に
存在する結晶欠陥から発生する電子はn型領域2中でホ
ールと再結合して、素子特性を劣化させる暗電流とはな
らない。
なお、表面n型領域2を形成するためのセルファライン
のイオン注入のマスクとなるCVD法による側壁絶縁膜
1aは、本実施例においては、600nmの厚さで形成
しているが、この厚さは、n型領域2の接合深さが0.
2μm以下であるため、周囲の素子分離領域16と分離
するために、側壁絶縁膜1aの厚さは接合の構法がりの
幅よりも厚くしなければならない。従って、側壁絶縁膜
1aの厚さはQ、2μm以上の厚さを必要とする。
製造方法としては、表面n型領域2形成時のセルファラ
インイオン注入のマスク材としては、上記に述べたよう
なCVD法によるシリコンからなる側壁絶縁膜1aなど
の絶縁膜に限らない。
CCDのゲート電極18の形成後、表面安定化のため全
面に熱酸化により絶縁膜19を形成しているので、側壁
絶縁膜1aはイオン注入後は除去してもしなくてもフォ
トダイオードの特性は変わらないため、ポリシリコンや
金属シリサイドまたは金属などの側壁導電膜を用いてt
)よい。また、同株にフォトレジストやポリイミドなど
の有機膜を用いて異方性エツチングを行なって、段差部
の側壁有機膜を形成できる。有機膜の場合は、除去も容
易であり、フォトダイオードの感度向上にも有利となる
発明の効果 以上の実施例から明らがなように本発明は、フォトダイ
オード部が、シリコン基板上に形成されたp型ウェル領
域と、そのp型ウェル領域の表面に形成された埋め込み
フォトダイオード用のn型領域と、その埋め込みフォト
ダイオード用のn型領域の表面に、そのn型領域の周辺
部を除いて形成された電気的にフローテインク状態にあ
るp型領域と、埋め込みフォトダイオード用のn型領域
の周囲に形成された素子分離領域とからなる構成となっ
ているので、暗電流のばらつきがより一層少なく、高画
像品質の固体撮像素子を提供できる。
【図面の簡単な説明】
第1図(a)〜(e)は本発明の一実施例の固体撮像素
子およびその製造方法を説明するための工程断面図、第
2図(a)〜(C)は従来の固体撮像素子およびその製
造方法を説明するための工程断面図である。 la・・・・・・側壁絶縁膜、2・・・・・・電気的に
フローティング状態にあるp型領域、11・・・・・・
シリコン基板、12・・・・・・p型ウェル領域、13
・・・・・・埋め込みフォトダイオード用のn型領域、
14・・・・・・p型領域、15・・・・・・n型領域
、16・・・・・・素子分離領域、17・・・・・・ゲ
ート酸化膜、18・・・・・・ゲート電極、19・・・
・・・絶縁膜。

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)シリコン基板上にフォトダイオード部とCCD部
    とを形成した固体撮像素子において、前記フォトダイオ
    ード部が前記シリコン基板上に形成されたp型ウェル領
    域と、そのp型ウェル領域の表面に形成された埋め込み
    フォトダイオード用のn型領域と、その埋め込みフォト
    ダイオード用のn型領域の表面にそのn型領域の周辺部
    を除いて形成された、電気的にフローティング状態にあ
    るp型領域と、前記埋め込みフォトダイオード用のn型
    領域の周囲に形成された素子分離領域とからなる固体撮
    像素子。
  2. (2)シリコン基板上にp型ウェル領域を形成する工程
    と、そのp型ウェル領域の表面に、埋め込みフォトダイ
    オード用のn型領域を形成する工程と、前記p型ウェル
    領域の表面の前記埋め込みフォトダイオード用のn型領
    域に隣接してスミア対策用のp型領域を形成し、そのp
    型領域の表面にCCD部のn型領域を形成する工程と、
    CCD部およびフォトダイオード部等の各素子間を電気
    的に分離するための素子分離領域を形成する工程と、ゲ
    ート酸化膜を形成する工程と、ゲート電極を形成する工
    程と、前記シリコン基板の全面に絶縁膜を形成する工程
    とを有する固体撮像素子の製造方法において、さらに前
    記ゲート電極の側壁に200nm以上の側壁絶縁膜を形
    成する工程と、前記埋め込みフォトダイオード用のn型
    領域の表面にそのn型領域の周辺部を除いて電気的にフ
    ローティング状態となるp型領域を形成する工程とを有
    する固体撮像素子の製造方法。
  3. (3)側壁絶縁膜に代えてポリシリコン、金属シリサイ
    ド、金属などの側壁導電膜を用いた請求項2記載の固体
    撮像素子の製造方法。
  4. (4)側壁絶縁膜に代えてフォトレジスト、ポリイミド
    などの側壁有機膜を用いた請求項2記載の固体撮像素子
    の製造方法。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001057421A (ja) * 1999-06-08 2001-02-27 Fuji Film Microdevices Co Ltd 固体撮像装置

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2001057421A (ja) * 1999-06-08 2001-02-27 Fuji Film Microdevices Co Ltd 固体撮像装置

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